常用傳感器課件

醫(yī)用電子儀器醫(yī)械系徐彬鋒常用傳感器概要一、電阻式傳感器二、電容式傳感器三、電感式傳感器四、熱電式傳感器五、磁電式傳感器六、霍爾式傳感器常用傳感器第三節(jié)常用的生物醫(yī)學(xué)傳感器一、電阻式傳感器電阻式傳感器就是利用一定的方式將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為敏感元件電阻值的變化，進(jìn)而通過(guò)電路變成電壓或電流信號(hào)輸出的一類(lèi)傳感器。常用分類(lèi)：電阻應(yīng)變片、熱電阻、光敏電阻、氣敏電阻，濕敏電阻等。常用傳感器1.電阻應(yīng)變片

電阻應(yīng)變片基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即阻值隨機(jī)械變形的變化而發(fā)生變。

常用傳感器電阻應(yīng)變片的類(lèi)型及常用材料1）金屬電阻應(yīng)變片絲式、箔式、薄膜式2）半導(dǎo)體應(yīng)變片對(duì)半導(dǎo)體材料的某一軸向施加一定的載荷而產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，它的電阻率會(huì)發(fā)生變化，稱(chēng)之為壓阻效應(yīng)。常用傳感器常用傳感器應(yīng)用常用傳感器標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品常用傳感器案例：電子稱(chēng)原理將物品重量通過(guò)懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。常用傳感器2.熱電阻傳感器取一只100W/220V燈泡，用萬(wàn)用表測(cè)量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484

。常用傳感器兩個(gè)概念區(qū)分熱電阻基本原理：金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加。熱電阻大部由純金屬材料制成，應(yīng)用最多的為銅和鉑。熱敏電阻熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料制成的。常用傳感器外形常用傳感器汽車(chē)用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻常用傳感器熱敏電阻溫度面板表

熱敏電阻

LCD常用傳感器

熱敏電阻體溫表

常用傳感器熱敏電阻用于CPU的溫度測(cè)量

常用傳感器3.其他電阻式傳感器（1）氣敏電阻一種將檢測(cè)到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。屬于半導(dǎo)體敏感元件，利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的。常用傳感器氣敏電阻外形酒精傳感器

其他可燃性氣體傳感器常用傳感器

酒精測(cè)試儀呼氣管常用傳感器

家庭用煤氣報(bào)警器常用傳感器汽車(chē)尾氣分析常用傳感器（2）濕敏電阻濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導(dǎo)致本身電阻發(fā)生變化這一原理而制成的。水蒸氣的凝結(jié)將給儀器設(shè)備帶來(lái)各種危害常用傳感器

電子濕度計(jì)模塊封裝后的外形常用傳感器

電子式溫濕度計(jì)常用傳感器（3）光敏電阻光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，在光線的作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)。光敏電阻結(jié)構(gòu)光敏電阻電極光敏電阻接線圖常用傳感器二、電容式傳感器

電容式傳感器的工作原理可以平板電容器來(lái)說(shuō)明。當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，其電容量與面積、介電常數(shù)成正比，與極距成反比。類(lèi)型：（1）變極距（2）變面積（3）變介電常數(shù)常用傳感器應(yīng)用常用傳感器指紋識(shí)別指紋識(shí)別所需電容傳感器包含一個(gè)大約有數(shù)萬(wàn)個(gè)金屬導(dǎo)體的陣列，其外面是一層絕緣的表面，當(dāng)用戶(hù)的手指放在上面時(shí)，金屬導(dǎo)體陣列/絕緣物/皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠(yuǎn)的）與金屬導(dǎo)體之間的距離不同而變化。常用傳感器三、電感式傳感器電感式傳感器——利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量的輸出。與線圈匝數(shù)平方成正比，與空氣間隙有效截面積S0成正比，與空氣間隙長(zhǎng)度l0成反比。U0為磁導(dǎo)率。常用傳感器a)氣隙型

b)截面型

c)螺管型自感式傳感器原理圖常用傳感器四、熱電式傳感器熱電式傳感器是利用某些材料或元件的物理特性與溫度有關(guān)這一性質(zhì)將溫度變化轉(zhuǎn)化成為電量變化的器件。熱電效應(yīng)：兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連成閉合回路，兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度為T(mén)和T0的熱源中，該回路內(nèi)會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。熱電勢(shì)的大小反映兩個(gè)接點(diǎn)溫度差，保持T0不變，熱電勢(shì)隨著溫度T變化而變化。測(cè)得熱電勢(shì)的值，即可知道溫度T的大小。常用傳感器先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示

結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

熱電極A右端稱(chēng)為：自由端（參考端、冷端）

左端稱(chēng)為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢(shì)AB常用傳感器結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生熱電勢(shì)的微觀解釋及圖形符號(hào)

兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。

自由電子＋ABeAB（

T）T常用傳感器熱電偶式傳感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用（1）熱電偶溫度計(jì)。通過(guò)溫差電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量，將兩個(gè)接觸端的溫差確定一下，若參比端溫度已知，則另一端的溫度就可以算出。優(yōu)點(diǎn)：1）測(cè)量端熱容量小，受熱面積小，可測(cè)空間任一點(diǎn)的溫度。2）相應(yīng)時(shí)間短，穩(wěn)定性好。3）它屬于自發(fā)電型傳感器：測(cè)量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表。4）測(cè)溫范圍廣：下限可達(dá)-270

C，上限可達(dá)1800

C以上。常用傳感器（2）腫瘤治療。加熱到43攝氏度能使放射劑量減少三分之一。腫瘤區(qū)的溫度要求精度高，所以可以使用熱電偶和冰槽恒溫技術(shù)，病灶溫度控制在43攝氏度左右。常用傳感器五、磁電式傳感器基本原理：法拉第電磁感應(yīng)定律。推導(dǎo)性理解：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)匝數(shù)和磁通量直線運(yùn)動(dòng)時(shí)：由相對(duì)直線速度可以計(jì)算。曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)：由角頻率可以計(jì)算。常用傳感器電磁血流量計(jì)電磁式血流傳感器是用手術(shù)剝離待測(cè)血管后，將血管嵌入其磁氣隙中測(cè)量血流量的傳感器。在垂直于血管軸方向上加一磁場(chǎng)B，在與B垂直的兩側(cè)安裝電極。因血液是堿性導(dǎo)電體并以均速運(yùn)動(dòng)，在恒定的磁場(chǎng)中切割磁力線感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，然后根據(jù)傳感器輸出的電壓值和血管橫截面積而得出血流量。該傳感器可測(cè)的最小血管直徑可達(dá)1mm以下，并且結(jié)果較為準(zhǔn)確，并且可以連續(xù)檢測(cè)血流，因而可作為檢測(cè)血流量的標(biāo)準(zhǔn)方法。

常用傳感器常用傳感器六、霍爾式傳感器基本原理：當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場(chǎng)中時(shí)，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)被稱(chēng)為霍爾電勢(shì)?；诨魻栃?yīng)原理工作的半導(dǎo)體元器件成為霍爾元件。常用傳感器常用傳感器霍爾效應(yīng)演示

當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。cdab常用傳感器1、霍爾特斯拉計(jì)（高斯計(jì)）霍爾元件磁鐵常用傳感器2、霍爾轉(zhuǎn)速表

在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤(pán)，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤(pán)。齒盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號(hào)經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速。SN線性霍爾磁鐵常用傳感器

霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車(chē)防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用

若汽車(chē)在剎車(chē)時(shí)車(chē)輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車(chē)力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器鋼質(zhì)霍爾常用傳感器3、霍爾式無(wú)刷電動(dòng)機(jī)

霍爾式無(wú)刷電動(dòng)機(jī)取消了換向器和電刷，而采用霍爾元件來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)位置，其輸出信號(hào)經(jīng)放大、整形后觸發(fā)電子線路，從而控制